makalah komunikasi bergerak - sigit … · web viewbagian pertama adalah akses terhadap database...

of 24 /24
MAKALAH KOMUNIKASI BERGERAK Persamaan Link Budget menggunakan Model Path Loss dan Model Propagasi Outdoor Intan Pranestya Rahayu - 115060307111015 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2013

Author: leanh

Post on 30-May-2019

226 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

MAKALAH KOMUNIKASI BERGERAK

MAKALAH KOMUNIKASI BERGERAK

Persamaan Link Budget menggunakan Model Path Loss dan Model Propagasi Outdoor

Intan Pranestya Rahayu - 115060307111015

PEMBAHASAN

1. Desain Praktis dan Perhitungan/Persamaan Link Budget menggunakan Model Path Loss

Path Loss adalah suatu metode yang digunakan untuk mengukur suatu loss yang disebabkan oleh cuaca, kontur tanah dan lain lain, agar tidak mengganggu pemancaran antar 2 buah antenna yang saling berhubungan. Nilai path loss menunjukkan level sinyal yang melemah (mengalami attenuation) yang disebabkan oleh propagasi free space seperti refleksi, difraksi, dan scattering. Path loss sangat penting dalam perhitungan Link Budget, ukuran cell, ataupun perencanaan frekuensi. Factor-faktor yang mempengaruhi nilai level daya dan path loss adalah jarak pengukuran antara Tx dan Rx, tinggi antenna (Tx dan Rx) serta jenis area pengukuran.

Sedangkan, Link Budget merupakan sebuah cara untuk menghitung mengenai semua parameter dalam transmisi sinyal, mulai dari gain dan losses dari Tx samapai Rx melalui media transmisi. Link merupakan parameter dalam merencanakan suatu jaringan yang menggunakan media transmisi berbagai macam. Link Budget ini dihitung berdasarkan jarak antara transmitter (Tx) dan receiver (Rx). Link budget juga dihitung karena adanya penghalang antara Tx dan Rx, misal gedung atau pepohonan, dan dengan melihat spesifikasi yang ada pada antenna. Manfaat Link Budget antara lain :

Untuk menjaga keseimbangan gain dan loss guna mencapai SNR yang diinginkan di receiver

Mengetahui radius sel maksimum sebab loss yang diperoleh

Kebanyakan model propagasi radio itu berasal dari suatu kombinasi antara metode analisis dan metode empiris. Metode pendekatan secara empiris yaitu dengan menyesuaikan dengan kurva atau analisis suatu pernyataan yang menciptakan satu set data yang diukur. Hal ini memiliki keuntungan yaitu memperhitungkan semua factor propagansi secara implisit, melalui pengukuran lapangan yang sebenarnya. Seiring berjalannya waktu, telah muncul berbagai model propagansi yang sekarang digunakan untuk memprediksi luas cakupan sinyal untuk desain system komunikasi bergerak.

Dengan menggunakan model Path Loss yang digunakan untuk memperkirakan level sinyal yang diterima sebagai fungsi jarak, maka ada kemungkinan dapat memperkirakan besar SNR dalam komunikasi bergerak.

Log-distance Path Loss Model

Kedua model propagasi baik secara teoritis maupun pengukuran menunjukkan bahwa rata-rata kekuatan sinyal yang diterima menurun secara logaritmis dengan jarak, apakah di saluran radio dalam atau luar. Rata-rata path loss skala besar untuk pemisahan T-R (Transmitter-Receiver) yang berubah-ubah dinyatakan sebagai suatu fungsi dari jarak yang menggunakan eksponen path loss, n.

Atau

Dimana n adalah eksponen path loss yang mengindikasikan tingkat path loss meningkat bersamaan dengan jarak, d0 adalah jarak referensi dekat yang ditentukan dari pengukuran dekat dengan pemancar, dan d adalah jarak pemisahan T-R.

Kedua persamaan di atas menunjukkan rata-rata ensemble dari seluruh kemungkinan besar path loss untuk jarak d. Saat diplot pada skala log-log, path loss digambarkan dengan garis lurus dengan kemiriangan sama dengan 10n dB per decade.

Path loss pada jarak referensi dekat

Seperti yang diketahui bahwa d0 merupakan jarak referensi pada ruang hampa yang sesuai untuk daerah propagasi. Pada daerah cakupan system seluler yang luas, 1 km merupakan referensi jarak yang umum digunakan. Sedangkan dalam system mikroseluler, jarak yang digunakan jauh lebih kecil ( 100 meter atau 1 meter). Jarak referensi harus selalu berada jauh dari medan antenna sehingga efek near-field tidak mengubah besar path loss. Referensi path loss dihitung menggunakan persamaan path loss pada ruang hampa yaitu Friis Free Space Equation atau melalui pengukuran lapangan pada jarak d0.

DIbawah ini merupakan daftar besar eksponen path loss yang diperoleh dari berbagai lingkungan radio mobile :

Log-normal Shadowing

Jarak log model path loss tidak mempertimbangkan fakta, bahwa kekacauan lingkungan di sekitarnya mungkin akan sangat berbeda di dua lokasi yang berbeda dengan pemisahan T-R yang sama. Pengukuran menunjukan bahwa pada setiap nilai d, path loss PL(d) pada lokasi tertentu adalah acak dan terdistribusi log secara normal (normal dalam dB) tentang nilai rata-rata tergantung pada jarak itu yaitu :

dan

(Gain antenna termasuk dalam PL (d)) dimana X merupakan variable acak zero-mean distribusi Gaussian (dB) dengan devisiasi standar (dalam dB).

Distribusi log-normal menggambarkan efek bayangan random yang terjadi sepanjang pengukuran lokasi yang memiliki jarak pemisahan T-R yang sama, tetpai memiliki berbagai macam tingkat kekacauan pada jalur propagasi. Secara sederhana, Log-normal shadowing menunjukkan bahwa pengukuran tingkat sinyal pada pemisahan T-R telah mengalami ditribusi Gaussian tentang rata-rata jarak tergantung dimana tingkat sinyal tersebut diukur (satuan dE).

Dikarenakan PL(d) merupakan suatu variable acak dengan distribusi normal dalam dB mengenai titik tengah jarak dependen, Pr(d) dan fungsi Q atau fungsi error (erf) dapat digunakan untuk menunjukkan probabilitas level sinyal yang diterima akan melalui level tertentu.

Dimana,

Probabilitas level sinyal yang diterima yang akan melampaui nilai tertentu dapat dihitung dengan :

Dengan cara yang sama, probabilitas level sinyal yang diterima akan dibawah yaitu :

Dibawah ini merupakan gambar dari plot penghamburan pengukuran data dan disesuaikan dengan MMSE model path loss untuk beberapa kota di Jerman. Dimana pada data tersebut, n = 2,7 dan = 11,8 dB.

Presentase Penentuan Area Cakupan

Hal ini menjelaskan bahwa karena efek bayangan random, beberapa lokasi dalam area cakupan akan berada di bawah nilai ambang batas tertentu yang diinginkan untuk menerima sinyal. Sekarang sering digunakan untuk menghitung bagaimana batas cakupan berkaitan dengan presentase area cakupan yang terbatas. Untuk jangkauan area lingkaran memiliki radius R dari base station.

Gambar diatasmerupakan representasi dari persamaan :

Dimana n = 4 dan = 8 dB dan memiliki daerah batasan 75%, maka area cakupan sama dengan 94%. Jika n = 2 dan = 8 dB, batas daerah cakupan 75% menyediakan daerah cakupan 91%. Jika n =3 dan = 9 dB, maka batas daerah cakupan 50% menyediakan daerah cakupan 71%.

2. Outdoor Propagation Models

Transmisi radio di dalam sebuah system komunikasi bergerak seringkali terjadi medan yang berlebihan dan tidak teratur. Profil medan dari daerah tertentu dibutuhkan untuk menentukan besar path loss. Berikut merupakan beberapa model propagasi outdoor :

Longley-Rice Model

Model Longley-Rice Model Longley-Rice ini cocok untuk diterapkan pada system komunikasi titik ke titik didalam frekuensi dari 400 MHz sampai 100 GHz.. Redaman media transmisi dihitung dengan mengacu pada bentuk geometri dari profil permukaan daerah layanan dan efek refraksi dari troposphere. Teknik geometri optik (utamanya model refleksi 2-ray) digunakan untuk memperkirakan kekuatan sinyal sampai batas horizon gelombang radio. Redaman karena difraksi dihitung dengan menggunakan model Fresnel-Kirchoff knife-edge. Sementara itu teori hamburan digunakan untuk membuat perhitungan troposcatter pada jarak jauh, dan redaman difraksi medan jauh dihitung dengan menggunakan metode Van der Pol-Bremmer yang dimodifikasi.

Model Longley-Rice juga dapat digunakana dengan menggunakan program komputer untuk menghitung redaman media transmisi dibandingkan terhadap redaman ruang bebas (free space loss) pada daerah permukaan tidak teratur untuk selang frekuensi antara 20 MHz sampai 10 GHz. Parameter-parameter sebagai masukan dari program komputer tersebut adalah frekuensi operasi, panjang lintasan, polarisasi, tinggi antenna, refraksi permukaan, radius effektif bumi, konduktivitas tanah, konstanta dielektrik bumi, dan cuaca. Program juga dapat dioperasikan pada parameter khusus seperti jarak horizon antenna, sudut elevasi horizon, jarak angular antar horizon, ketidakteraturan permukann bumi, dan parameter-parameter khusus lainnya.

Model Longley-Rice bekerja pada dua mode. Jika informasi mengenai profile permukaan lintasan tersedia secara mendetail maka parameter-parameter khusus lebih mudah untuk menentukan dan menghitung redaman lintasan, mode ini disebut mode prediksi dari titik ke titik (point to point mode). Pada sisi lain jika profile permukaan lintasan tidak tersedia maka metode Longley-Rice meyediakan teknik untuk menghitung parameter-parameter khusus dari lintasan. Mode prediksi ini disebut dengan area mode.

Durkins Model A case Study

Model Durkin merupakan salah satu model propagasi klasik yang hampir memiliki kesamaan dalam penggunaannya dengan model Longley-Rice. Model yang pertama kali diterbitkan dalam paper oleh Edwards dan Durkin ini menggunakan komputer sebagai simulasi untuk memprediksi kuat medan diatas permukaan bumi yang tidak teratur.

Sebagai masukan simulator untuk menghitung path loss, Durkin membaginya menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah akses terhadap database dari topografi dan informasi profile permukaan bumi sepanjang arah radial dari transmitter ke receiver. Dengan asumsi bahwa antenna receiver menerima semua energi yang berasal dari arah radial, maka tidak terjadi efek multipath. Dengan kata lain propagasi yang dimodelkan disederhanakan ke dalam bentuk Line of Sight (LOS) dan difraksi dari rintangan sepanjang arah radial, dan mengabaikan pantulan dari benda-benda disekitarnya dan efek scater local. Sedangkan bagian kedua adalah algoritma simulasi untuk menghitung perkiraan redaman lintasan sepanjang arah radial.

Dengan cara melakukan perhitungan secara iterasi dari pengukuran pada daerah yang berbeda-beda tetapi masih dalam satu daerah layanan, maka dapat diperoleh kontur dari kuat sinyalnya

Gambar di atas merupakan ilustrasi dari peninggian informasi dua dimensi

Jika kondisi tepi fraksi itu tunggal tidak puas, dengan pengecualinbahwa komputerakan mencaqri dua asistensi terhat satu sama lain.

Jika profil medan gagal pada zona resnel yang pertama (i.e. Vj > -0.8), maka ada dua kemungkinan :

Non-LOS

LOS, tetapi dengan zona Fresnel tidak berukuran.

Untuk bagain non-LOS, tingkat system untuk 4 kategoru v:

Single diffraction Edge

Two diffraction edges

Okumura Model

Model Okumura merupakan salah satu model yang terkenal dan paling banyak digunakan untuk melakukan prediksi sinyal di daerah urban (kota). Model ini cocok untuk range frekwensi antara 150-1920 MHz dan pada jarak antara 1-100 km dengan ketinggian antenna base station (BS) berkisar 30 sampai 1000 m.

Okumura membuat kurva-kurva redaman rata-rata relatif terhadap redaman ruang bebas (Amu) pada daerah urban melalui daerah quasi-smooth terrain dengan tinggi efektif antenna base station (hte) 200 m dan tinggi antenna mobile station (hre) 3 m. Kurva-kurva ini dibentuk dari pengukuran pada daerah yang luas dengan menggunakan antenna omnidirectional baik pada BS maupun MS, dan digambarkan sebagai fungsi frekuensi (range 100-1920 MHz) dan fungsi jarak dari BS (range 1-100 km). Untuk menentukan redaman lintasan dengan model Okumura, pertama kita harus menghitung dahulu redaman ruang bebas (free space path loss), kemudian nilai Amu (f,d) dari kurva Okumura ditambahkan kedalam factor koreksi untuk menentukan tipe daerah. Model Okumura dapat ditulis dengan persamaan berikut:

Dimana L adalah nilai rata-rata redaman lintasan propagasi, LF adalah redaman lintasan ruang bebas, Amu adalah rata-rata redaman relatif terhadap redaman ruang bebas, G(hte) adalah gain antena BS, G(hre) adalah gain antena MS, dan GAREA adalah gain tipe daerah. Gain antena disini adalah karena berkaitan dengan tinggi antena dan tidak ada hubungannya dengan pola antena.

Maka secara sederhana, spesifikasi detail dari model Okumura yaitu :

Frekuensi

Jarak

Tinggi transmitter

Tinggi Receiver

150-2000 MHz

1-100 km

30-300 m

>3 m

Beberapa koreksi juga dilakukan terhadap model Okumura. Beberapa parameter penting seperti tinggi terrain undulation (Dh), tinggi daerah seperti bukit atau pegunungan yang mengisolasi daerah, kemiringan rata-rata permukaan daerah, dan daerah transisi antara daratan dengan lautan juga harus diperhitungkan. Jika parameter-parameter tersebut dihitung, maka factor koreksi yang didapat dapat ditambahkan untuk perhitungan redaman propagasi. Semua faktor koreksi akibat parameter-parameter tersebut juga sudah tersedia dalam bentuk kurva Okumura.

Model Okumura ini, semuanya berdasarkan pada data pengukuran dan tidak menjelaskan secara analitis hasil perhitungan yang diperoleh. Untuk kondisi tertentu, kita dapat melakukan ekstrapolasi terhadap kurva Okumura untuk mengetahui nilai-nilai di luar rentang pengukuran yang dilakukan Okumura, tetapi validitas dari ekstrapolasi yang kita lakukan sangat bergantung kepada keadaan dan kehalusan kurva ekstrapolasi yang kita buat.

Hata Model

Model Hatta merupakan bentuk persamaan empirik dari kurva redaman lintasan yang dibuat oleh Okumura, karena itu model ini lebih sering disebut sebagai model Okumura-Hatta. Model ini valid untuk daerah range frekuensi antara 150-1500 MHz. Hatta membuat persamaan standard untuk menghitung redaman lintasan di daerah urban, sedangkan untuk menghitung redaman lintasan di tipe daerah lain (suburban, open area, dll), Hatta memberikan persamaan koreksinya.

Persamaan prediksi Hatta untuk daerah urban adalah:

Dimana :

F = frekuensi (MHz)

hb= tinggi antenna BTS (meter)

hm= tinggi antenna MS (meter)

d= jarak antara BTS MS (km)

C1= 69.55 untuk 400 f 1500

= 46.3 untuk 1500 < f < 2000

C2= 26.16 untuk 400 f 1500

= 33.9 untuk 1500 < f 2000

dan

Persamaan prediksi Hatta untuk daerah dense urban adalah :

Dimana :

F = frekuensi (MHz)

hb= tinggi antenna BTS (meter)

hm= tinggi antenna MS (meter)

d= jarak antara BTS MS (km)

C1= 69.55 untuk 400 f 1500

= 46.3 untuk 1500 < f < 2000

C2= 26.16 untuk 400 f 1500

= 33.9 untuk 1500 < f 2000

dan,

Persamaan prediksi Hatta untuk daerah suburban adalah :

Persamaan prediksi Hata untuk daerah rural terbuka adalah :

PCS Extension to Hata Model

Merupakan formula pengembangan rumus Okumura Hata untuk frekuensi PCS (2 GHz)

dimana :

1500 MHz fC 2000 MHz

30 m hT 200 m ,

1 m hR 10 m

1km d 20 km

a(hR) adalah faktor koreksi antena mobile yang nilainya sebagai berikut :

Untuk kota kecil dan menengah,

a(hR) = (1,1 log fC 0,7 )hR (1,56 log fC 0,8 ) dB

dimana, 1 hR 10 m

Untuk kota besar,

a(hR) = 8,29 (log 1,54hR )2 1,1 dB fC 300 MHz

a(hR) = 3,2 (log 11,75hR )2 4,97 dB fC 300 MHz

dan,

Welfisch and Bertoni Model

Sebuah model yang dikembangkan oleh Walfisch dan Bertoni yang mempertimbangkan dampak dari atap dan tinggi bangunan dengan menggunakan difraksi untuk memprediksi kekuatan sinyal rata-rata di jalan. Model ini menganggap path loss, S, menjadi hasil dari tiga factor.

Dimana P0 merupakan path loss pada ruang hampa antara antenna isotropis, dinyatakan sebagai berikut :

Dalam dB, besar path loss adalah

Gambar diatas merupakan propagasi secara geometri oleh Walfisch dan Bertoni

Wideband PCS Microcell Model

Pada model bumi refleksi datar, jarak df pada Daerah Fresnel pertama hanya menjadi terhalang oleh tanah, dinyatakan dengan :

Untuk kasus LOS, model diasumsikan antenna vertical omnidirectional dan memperkirakan rata-rata path loss adalah :

Untuk kasus OBS, path loss ditemukan untuk menyesuaikan standar persamaan log-jarak path loss :

Tabel parameter untuk model mikrosel pita lebar pada frekuensi 1900 MHz

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG

2013

CM

0 dB untuk kota menengah dan kota suburban

3 dB untuk pusat kota metropolitan

Gambar di atas menjelaskan bahwa media dari redaman relative dengan free space.

Gambar di atas menunjukkan factor koreksi, GAREA, untuk perbedaan tipe medan.

1